JP3165956B2

JP3165956B2 - 微粒子測定装置

Info

Publication number: JP3165956B2
Application number: JP07007296A
Authority: JP
Inventors: 利光林; 和夫一条; 郁近藤; 朋信松田
Original assignee: NEC Corp; Rion Co Ltd
Current assignee: NEC Corp; Rion Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2001-05-14
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH09259246A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体中に含まれる
微粒子の数を測定する微粒子測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】微粒子測定装置は、典型的には、液中或
いは気体中に含まれる微粒子を検出し計数するパーティ
クルカウンタである。

【０００３】半導体装置や液晶装置のような、精密微細
加工工程を持つデバイスの製造工程では、その製造工程
環境に存在する微粒子が歩どまりに大きく影響を与える
ため、該微粒子監視用としてパーティクルカウンタは必
須の装置として用いられている。しかも、用途の技術進
歩に伴い、微粒子の粒径は、０．０１ミクロンまで図れ
るような高感度のもののニーズが高まりつつあった。

【０００４】このような微粒子を観測する際には、前記
環境に存在する気体や液体である試料に光ビームを照射
し、その試料中の微粒子によってもたらされる散乱光を
検出する。これにより、試料中に混入している微粒子の
数を検出することができ、照射パワー密度を上げる事に
より計測感度を上げることができる。このために、光源
として集光特性のよいレーザ光を用いることは周知の技
術として用いられている。さらに、測定対象を共振器内
に設置することで、試料への照射パワー密度を上げ、微
粒子の検出感度を上げることができる。

【０００５】図９は、特開昭６１−１１４１４５号公報
に開示されている従来のパーティクルカウンタを示して
いる。このパーティクルカウンタにおいては、ガス状の
レーザ利得媒質を封入したレーザ放電管１１０の両端に
曲率半径の異なる２枚の高反射ミラーをレーザ共振器ミ
ラー１１１及び１１２として配置し、レーザビームを発
振するガスレーザ共振器を形成する。レーザ共振器ミラ
ー１１１及び１１２はレーザビームのビームウエストが
検出セル１１４内の被測定気体１２０の流れる軸とレー
ザビームの光軸の交点に位置するよう光学設計してある
ことを特徴としている。この結果、例えばビームウエス
ト部分におけるビーム径がそれまでのパーティクルカウ
ンタのレーザビーム径の１／２になったとすると、パワ
ー密度として４倍の散乱光強度を得ることができ、それ
に比例して検出感度も上げることができる。

【０００６】なお、被測定気体１２０中に含まれる微粒
子により検出セル１１４内の散乱空間中で発生した散乱
信号光１２１は、集光レンズ１１７で集光され、つぎに
光検出器１１８に入射され光検出器１１８で電気信号に
変換した後、積算することにより、カウントされる。

【０００７】このパーティクルカウンタでは、被測定気
体１２０の位置におけるビーム径を小さく絞ることによ
り感度を上げることを目的としているが、ガスレーザ共
振器では、被測定気体１２０の位置におけるレーザビー
ムを小さく絞れば絞るほど、レーザビーム断面１１３か
ら明らかなように、レーザ共振器ミラー１１１及び１１
２に向かうレーザビームの広がり角が大きくなり、ビー
ム径の光軸位置による変化を示す共振器のモードボリュ
ームは円錐形になり、該円錐形の底面面積と同一の底面
面積を有する円柱形のモードボリューム体積と比較し、
最悪１／３までモードボリューム体積は減少し、レーザ
放電管１１０内の有効に利用される利得媒質の体積に比
例するレーザ出力は低下してしまうという問題点があっ
た。また、ガスレーザの一般的欠点である小型化および
安定動作の面で問題があった。

【０００８】図１０は、特開平６−２２１９８５号公報
に開示されたもう一つの従来のパーティクルカウンタを
示している。このパーティクルカウンタは、図９のパー
ティクルカウンタの欠点を補うべく、ダイオード励起型
の固体レーザを用いている。レーザダイオード２０１の
光出射口前方に励起光集光レンズ２０２を配置し、励起
光集光レンズ２０２の焦点位置に、レーザダイオード２
０１が発する励起光を受けて特定波長のレーザ光を放出
するレーザ結晶２０４を配置する。そのレーザ結晶２０
４の入射側にはレーザ発振光高反射膜２０３が形成され
ている。共振器ミラー２０６の内面側にもレーザ発振光
高反射膜２０３が形成されている。共振器ミラー２０６
のレーザ発振光高反射膜２０３とレーザ結晶２０４のレ
ーザ発振光高反射膜２０３とで共振器を構成する。該共
振器内のレーザ光の光路上に試料保護管２０５が配置さ
れる。つぎに一対の散乱集光レンズ２０７が、共振器光
軸と平行にかつ測定試料保護管２０５を挟み込む形で配
置される。

【０００９】計測対象の微粒子が、レーザ光を散乱した
場合には、その散乱光を散乱光集光レンズ２０７が集光
し、該散乱光の波長のみを通す光学フィルタ２０９が、
自然光ノイズを除去してＳ／Ｎ (signal-to-noise)比を
良くし、光検出器２０８が該散乱光を検知し、電圧メー
タ２１０が光検出器２０８の出力を表示する。

【００１０】しかしながら、共振器内に配置された測定
試料保護管２０５を構成する材質には吸収や表面反射等
による若干の損失がある。この測定試料保護管２０５は
共振器内に置かれているため、測定試料保護管２０５の
損失が発振利得に与える影響が大きく、レーザ発振電力
の大幅な低下を招くという問題点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように図９のパ
ーティクルカウンタは、感度を上げるため、レーザビー
ムのビーム径を被測定気体１２０の位置において小さく
絞ることにより計算上感度を上げている。しかし、ガス
レーザの実設定では、レーザビームを小さく絞れば絞る
ほど、レーザ放電管１１０内の有効に利用される利得媒
質の体積（通称、モードボリューム）が減少し、なおか
つビーム広がり角が大きくなる。このため、光損失のな
いように、レーザ放電管１１０の内径を大きくすると、
利得媒質の冷却効果が損なわれ、発振効率が低下すると
いう問題点があった。

【００１２】また、図１０のパーティクルカウンタは、
固体レーザ共振器内のレーザ結晶２０４が放出するレー
ザ光を試料測定保護管２０５に照射するようにし、対向
した２つの光検出器２０８を備え、散乱光の立体角を大
きく取ることによる微粒子の検出感度を上げることを目
的としたものである。このパーティクルカウンタの場
合、上述したように、共振器内に配置された試料測定保
護管２０５が光損失を招くという問題点があった。

【００１３】よれ故、本発明の課題は、高感度化、安定
化ならびに高信頼化を達成できる微粒子測定装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、流体中
に含まれる微粒子の数を測定するために使用され、互い
に対向する一対の端面を有する固体レーザ媒質と、前記
一対の端面に面して位置され、前記固体レーザ媒質と協
働して固体レーザ共振器を構成する一対の光反射部材
と、前記固体レーザ共振器内に前記流体を導くガイド部
材と、前記固体レーザ媒質を励起する励起光を発生し、
前記固体レーザ共振器に固体レーザ光を発振させる励起
光源と、前記固体レーザ光が前記固体レーザ共振器内に
おける前記流体中の前記微粒子によって散乱されること
によって生成された散乱光から前記微粒子の数を測定す
る測定回路とを含む微粒子測定装置において、前記固体
レーザ媒質は、前記ガイド部材に連通しこのガイド部材
から前記流体を供給される前記固体レーザ共振器内のス
ペースの少なくとも一部分を定める部分を有し、前記測
定回路は、前記固体レーザ光が前記スペースにおける前
記流体中の前記微粒子によって散乱されることによって
生成された散乱光から前記微粒子の数を測定するもので
あることを特徴とする微粒子測定装置が得られる。

【００１５】更に本発明によれば、流体中に含まれる微
粒子の数を測定する微粒子測定装置において、互いに対
向する第１及び第２の端面を有する第１の固体レーザ媒
質と、互いに対向する第３及び第４の端面を有し、前記
第１の端面と前記第３の端面との間にスペースを置いた
状態に位置された第２の固体レーザ媒質と、前記第２及
び前記第４の端面にそれぞれ形成され、前記第１及び前
記第２の固体レーザ媒質と協働して固体レーザ共振器を
構成する第１及び第２の光反射部材と、前記スペースに
前記流体を導くガイド部材と、前記第１及び前記第２の
固体レーザ媒質を励起する励起光を発生し、前記固体レ
ーザ共振器に固体レーザ光を発振させる励起光源と、前
記固体レーザ光が前記スペースにおける前記流体中の前
記微粒子によって散乱されることによって生成された散
乱光から前記微粒子の数を測定する測定回路とを有する
ことを特徴とする微粒子測定装置が得られる。

【００１６】また本発明によれば、流体中に含まれる微
粒子の数を測定する微粒子測定装置において、互いに対
向する第１及び第２の端面を有する固体レーザ媒質と、
前記第２の端面に形成された第１の光反射部材と、前記
第１の端面との間にスペースを置いた状態に位置され、
前記固体レーザ媒質及び前記第１の光反射部材と協働し
て固体レーザ共振器を構成する第２の光反射部材と、前
記スペースに前記流体を導くガイド部材と、前記固体レ
ーザ媒質を励起する励起光を発生し、前記固体レーザ共
振器に固体レーザ光を発振させる励起光源と、前記固体
レーザ光が前記スペースにおける前記流体中の前記微粒
子によって散乱されることによって生成された散乱光か
ら前記微粒子の数を測定する測定回路とを有することを
特徴とする微粒子測定装置が得られる。

【００１７】更に本発明によれば、流体中に含まれる微
粒子の数を測定する微粒子測定装置において、互いに対
向する第１及び第２の光反射部材を含み、前記第１及び
前記第２の光反射部材間に、短軸及びそれより長い長軸
により決まる楕円形の横断面を持つレーザ光を発振する
レーザ共振器と、前記流体を、前記レーザ共振器で発振
されるレーザ光の長軸に垂直でかつ短軸に平行な方向に
導くガイド部材と、前記レーザ光が前記流体中の前記微
粒子によって散乱されることによって生成された散乱光
から前記微粒子の数を測定する測定回路とを有すること
を特徴とする微粒子測定装置が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について図面
を参照して説明する。

【００１９】図１は本発明の第１の実施例によるパーテ
ィクルカウンタを示している。図２は図１のパーティク
ルカウンタの固体レーザ共振器のＡ−Ａラインに沿う断
面を示している。

【００２０】図１及び図２において、このパーティクル
カウンタは、流体（気体もしくは液体）中に含まれる微
粒子の数を測定する微粒子測定装置として働く。このパ
ーティクルカウンタは、互いに対向する第１及び第２の
端面を有する固体レーザ媒質３を有する。固体レーザ媒
質３´は、互いに対向する第３及び第４の端面を有し、
前記第１の端面と前記第３の端面との間にスペース１３
´を置いた状態に位置されている。反射コート４ａ及び
４ａ´は、前記第２及び前記第４の端面にそれぞれ形成
され、固体レーザ媒質３及び３´と協働して固体レーザ
共振器を構成する。

【００２１】レーザダイオード１は、固体レーザ媒質３
及び３´を励起する励起光を発生する。集光レンズ２
は、レーザダイオード１が発生した励起光を集光し、集
光された光を固体レーザ媒質３及び３´に供給する。こ
れによって、前記固体レーザ共振器は、固体レーザ光を
発振する。

【００２２】このように、レーザダイオード１及び集光
レンズ２は、固体レーザ媒質３及び３´を励起する励起
光を発生し、前記固体レーザ共振器に固体レーザ光を発
振させる励起光源として働く。

【００２３】ノズル１３は、前記流体である試料１４を
スペース３´に導き、かつ、この試料１４をスペース３
´から吐出させるガイド部材として作用する。図示のノ
ズル１３は、試料１４を固体レーザ光のレーザビーム径
の約１／３に絞り込む作用も行う。

【００２４】測定回路は、光検出器８ａ及び８ｂと、ロ
ックインアンプ９ａ及び９ｂと、カウンタ１０と、発振
器１１と、位相反転回路１２と、光検出器８ａ及び８ｂ
に対応した二つのチョッパー１５とを有し、以下に述べ
るように、固体レーザ光がスペース１３´における前記
流体中の前記微粒子によって散乱されることによって生
成された散乱光から前記微粒子の数を測定する。

【００２５】即ち、光検出器８ａ及び８ｂは散乱光を検
出する。ロックインアンプ９ａ及び９ｂは、ハムノイズ
等の光検出器８ａ及び８ｂの出力ケーブルに乗る電気ノ
イズを除去し、Ｓ／Ｎ比を向上させ、測定感度を上げる
ためのものである。カウンタ１０は、散乱光を最終的に
カウントする。発振器１１は、ロックインアンプ９ａの
ためのレファランス周波数信号をロックインアンプ９ａ
及び位相反転回路１２に供給する。位相反転回路１２
は、前記レファランス周波数信号を位相において反転さ
せたレファランス周波数信号を、ロックインアンプ９ｂ
のためのレファランス周波数信号としてロックインアン
プ９ｂに供給する。二つのチョッパー１５は、ロックイ
ンアンプ９ａ及び９ｂのためのレファランス周波数と同
期した散乱光変調装置として働く。

【００２６】次に、このパーティクルカウンタの動作に
ついて説明する。レーザダイオード１が、例えば、８０
９ｎｍの波長を持つ励起光を出射し、固体レーザ媒質３
及び３´を励起する。固体レーザ媒質３及び３´は、そ
れぞれ板状の固体レーザ媒質からなり、それらの間にス
ペース１３´を置いた状態に位置されている。固体レー
ザ媒質３の端面には、固体レーザ光を反射する反射コー
ト４ａが施されている。まら、固体レーザ媒質３´の端
面にも、同様な反射コート４ａ´が施されている。これ
ら反射コート４ａ及び４ａ´間が固体レーザ共振器を形
成し、この固体レーザ共振器によって得られた、例え
ば、１０６４ｎｍの波長を持つ固体レーザ光をパーティ
クルカウンタの光源とする。

【００２７】本パーティクルカウンタは気体のみならず
液体をも考慮に入れ、固体レーザ媒質３及び３´は耐酸
アルカリに強い石英に希土類イオン（例えばＮｄ、Ｃ
ｒ、Ｅｒ等）をドープしたものを用いる。試料１４が含
有している不純物微粒子が、固体レーザ共振器内の固体
レーザ光を横切ったとき、その結果として散乱光が生
じ、チョッパー１５を介して光検出器８ａに入射する。
この光検出器８ａは散乱光を電気信号に変換し、ロック
インアンプ９ａは電気信号を増幅する。カウンタ部１０
は、ロックインアンプ９ａの出力信号を処理し、通過し
た不純物微粒子の数としてカウントする。

【００２８】しかしながら、ロックインアンプはいわば
高感度ＤＣ−ＡＣコンバータであり，ＡＣの変調タイミ
ングにより不純物微粒子がＯＦＦ状態の間に高速で通過
してしまう場合にはカウント漏れを起こす恐れがある。

【００２９】この対策としてカウント時間を互いにずら
すよう、チョッパー１５と同期したレファランス周波数
の位相を互いに反転している２台のロックインアンプ９
ａ及び９ｂを設けた。

【００３０】具体的には、ロックインアンプ９ａのため
のレファランス周波数源は発振器１１とし、一方、ロッ
クインアンプ９ｂのためのレファランス周波数は、発振
器１１のためのレファランス周波数を位相反転回路１２
により位相反転させたレファランス周波数を用いてい
る。この結果、ロックインアンプ９ａ及び９ｂは交互に
不純物微粒子を検知するため、不純物微粒子を見過ごす
ことはない。

【００３１】また、ロックインアンプ９ａ及び９ｂを用
いることにより、例えば、電気ノイズ、振動ノイズ、光
学ノイズ等の各種ノイズを低減することができる。電気
ノイズとしては、例えば、５０Ｈｚ等の商用周波数の高
調波ノイズを除去できる。振動ノイズとしては、モータ
等の機械的振動や図２で示す試料１４をノズル１３によ
ってスペース１３´に高速で流すときの衝撃波振動等の
振動周波数とロックインアンプレファランス周波数を一
致させないよう、発振器１１の周波数を設定することに
より除去できる。光学ノイズとしては、例えば、０．１
ミクロン以下の微粒子を測定する場合に、Ｎ₂，Ｏ₂の
ような空気中に存在する分子がもたらす散乱光や、固体
レーザ共振器の縦モード競合ノイズや、モードホップ、
マルチモード等のノイズを先に述べたと同様の方法でロ
ックインアンプレファランス周波数を選択することによ
り除去または軽減することができる。

【００３２】このように、固体レーザ共振器が試料１４
の外囲器を兼ねることにより、パワーを高め、強い固体
レーザ光を発生させ、この固体レーザ光を用いて散乱光
を強め、なおかつ、ロックインアンプ９ａ及び９ｂで電
気的に増幅した結果、以下のような効果が得られた。

【００３３】（１）従来技術の問題点である試料１４の
外囲器による光損失を、この外囲器を固体レーザ共振器
の構成部品が兼ねることにより、低減することができ
る。

【００３４】（２）ロックインアンプ９ａ及び９ｂにて
そのレファランス周波数を最適化することにより電気、
機械、光学ノイズを除去または軽減することができる。

【００３５】（３）２台の対向したロックインアンプ９
ａ及び９ｂのレファランス周波数をを互いに位相反転さ
せて用いることにより、確実に不純物微粒子の捕捉がで
きる。

【００３６】（４）この結果、高感度のパーティクルカ
ウンタを提供することができた。

【００３７】固体レーザ共振器の構成部品である固体レ
ーザ媒質３及び３´は、例えばＮｄ：ＹＶＯ₄からなる
ものであっても良いし、希土類イオンをドープした石英
からなるものであっても良い。前者は高効率固体レーザ
媒質であるため、効率改善に効果を発揮する。一方後者
は、石英が酸アルカリに強いため、液体のパーティクル
カウンタとしてもちいることができる。

【００３８】図３は本発明の第２の実施例によるパーテ
ィクルカウンタを示している。このパーティクルカウン
タは、散乱光を光増幅する二つの光増幅器６と、これら
光増幅器６を励起する二つの励起光源５と、二つの光増
幅器６の出射端面に設けられ、光増幅器６で増幅された
散乱光を効率よく透過させるための二つのＡＲ(antiref
lection)コート４ｂと、増幅された散乱光を光検出器８
ａ及び８ｂに集光する二つの集光レンズ７とを更に含む
こと以外は図１及び図２のパーティクルカウンタと同じ
である。

【００３９】不純物微粒子が固体レーザ光を横切ったと
きにもたらされる微弱な散乱光は、光増幅器６により光
増幅され、反射損失の無いＡＲコート４ｂ及び集光レン
ズ７を通って光検出器８ａ及び８ｂに入射される。この
結果、微弱な散乱光は、強められ、光検出器８ａ及び８
ｂにて得られる信号強度も強くなり、高感度なパーティ
クルカウンタを提供することができた。

【００４０】図４は本発明の第３の実施例によるパーテ
ィクルカウンタを示している。このパーティクルカウン
タは、固体レーザ媒質２１と、この固体レーザ媒質２１
の一端面に第１の光反射部材として形成された反射コー
ト４ａを有する。反射ミラー２２とその反射面に形成さ
れた反射コート４ａ´とを含む第２の光反射部材は、固
体レーザ媒質２１及び反射コート４ａ（第１の光反射部
材）に対向しており、固体レーザ媒質２１及び反射コー
ト４ａと協働して固体レーザ共振器を構成する。

【００４１】レーザダイオード１及び集光レンズ２は、
固体レーザ媒質２１を励起する励起光を発生し、前記固
体レーザ共振器に固体レーザ光を発振させる励起光源と
して働く。この際、レーザダイオード１及び集光レンズ
２は、前記固体レーザ共振器が、反射コート４ａ及び４
ａ´間に、短軸及びそれより長い長軸により決まる楕円
形の横断面を持つ固体レーザ光を発振するように、固体
レーザ媒質２１を励起する励起光を発生するものであ
る。反射コート４ａ及び４ａ´間に前記楕円形の横断面
を持つ固体レーザ光を発振させるために、集光レンズ２
は、レーザダイオード１から出射される励起光を、前述
の楕円形の横断面を持つように、反射コート４ａに集光
し、この励起光によって固体レーザ媒質２１を励起す
る。

【００４２】ノズル１３は、前記固体レーザ光に流体
を、前記長軸に垂直でかつ前記短軸に平行な方向に導く
ガイド部材として作用する。

【００４３】光検出器８ａは、固体レーザ光が前記スペ
ースにおける流体中の微粒子によって散乱されることに
よって生成された散乱光２３を検出し、カウンタ部１０
は、光検出器８ａで検知された微粒子の通過により生じ
るパルス信号をカウントすることにより微粒子の数をカ
ウントする。このように、光検出器８ａ及びカウンタ部
１０の組合せは、固体レーザ光が前記スペースにおける
流体中の微粒子によって散乱されることによって生成さ
れた散乱光２３から微粒子の数を測定する測定回路とし
て作用する。

【００４４】図５はノズル１３から出射した流体の不純
物微粒子の固体レーザ光のビーム断面通過時のビーム強
度を示した図である。左が従来の円形断面を持つ固体レ
ーザ光の場合、右が本発明による楕円形断面を持つ固体
レーザ光の場合である。散乱光の強度は微粒子の径、誘
電率、レーザ強度、波長で異なるが、便宜上通常誘電
率、レーザ強度、波長は定数として粒子の径を測定して
いる。しかしながら、レーザ強度は光軸から離れるに従
って低下するガウシアン分布をしているので、不純物微
粒子が通過する位置（例えば、Ｐ及びＰ´）によって散
乱光の強度が異なり、誤差を生じる。この誤差を少なく
するため、固体レーザ光のビーム径の１／３程度に通過
位置を制限する。図５の（Ｐ−Ｐ′）／Ｐが誤差とな
る。ビームを楕円形を持ちその長軸方向を流体導入方向
と垂直となるよう、絞ることによりこの誤差が少なくな
ることがわかる。

【００４５】この結果、以下のような効果が得られた。

【００４６】（１）図９のパーティクルカウンタのよう
にビームを絞った結果レーザ共振器の著しい利得低下を
招くことなく、ノズル１３から出射する不純物微粒子通
過位置のレーザ光源強度は増大し、高信頼度のパーティ
クルカウンタを提供することができた。

【００４７】（２）また、固体レーザ光を楕円状断面を
持つようにしたことにより不純物微粒子通過位置による
ビーム強度の差は少なくなるため、ノズル１３の不純物
微粒子通過内径を大きく取ることができ、単位時間当た
りの計測試料の量を増すばかりでなく、高速にノズル１
３から出射するときに生じ始める振動ノイズを抑制する
ことができる。

【００４８】これらは、気体のみならず液体の試料中に
存在する不純物微粒子を検出することができ、試料（流
体）が導入されるレーザ光を発生するレーザは、上述し
た固体レーザのみならず、ガスレーザ、液体レーザ等を
用いることもできる。

【００４９】また、本実施例を図１及び図３のパーティ
クルカウンタに適用して、各パーティクルカウンタにお
ける固体レーザ光が楕円状断面を持つようにすることも
できる。

【００５０】図６は本発明の第４の実施例によるパーテ
ィクルカウンタを示している。このパーティクルカウン
タは、このパーティクルカウンタは、互いに対向する第
１及び第２の端面を有する固体レーザ媒質２１を有す
る。固体レーザ媒質２１の第２の端面には、第１の光反
射部材として反射コート４ａが形成されている。反射ミ
ラー２２とその反射面に形成された反射コート４ａ´と
は、第２の光反射部材として、固体レーザ媒質２１の第
１の端面との間にスペース１３´を置いた状態に位置さ
れ、固体レーザ媒質２１及び反射コート４ａと協働して
固体レーザ共振器を構成する。

【００５１】スペース１３´には、スペース１３´に流
体を導くガイド部材として作用する図２のノズル１３と
同様なノズルが連通している。

【００５２】なお、スペース１３´は、固体レーザ媒質
２１、反射コート４ａ´、及び外囲器３４によって定め
られている。

【００５３】レーザダイオード１及び集光レンズ２は、
固体レーザ媒質２１を励起する励起光を発生し、前記固
体レーザ共振器に固体レーザ光を発振させる励起光源と
して働く。

【００５４】スペース１３´には、スペース１３´に流
体を導くガイド部材として作用する図２のノズル１３と
同様なノズル（図示せず）が連通している。固体レーザ
光がスペース１３´に導入された流体中の微粒子によっ
て散乱されることによって散乱光が生じる。なお、この
散乱光は、後に明らかとなるように、固体レーザ光の波
長成分と励起光の波長成分とを含んでいる。

【００５５】このパーティクルカウンタは、更に、散乱
光の内の固体レーザ光を透過させる固体レーザ光透過フ
ィルタ３３ａと、透過した散乱光を集光する集光レンズ
７と、検出器８ａと、前記固体レーザ光とは別の波長の
レーザダイオード光（励起光）のみ通過させるレーザダ
イオード光通過フィルタ３３ｂと、その光を集光する集
光レンズ７と、その光検出器８ｂと、カウンタ部１０と
からなる。

【００５６】このパーティクルカウンタの特徴は、レー
ザダイオード１の焦点が図７のレーザダイオード焦点３
１でかつ不純物微粒子を通過させる位置とし、このレー
ザダイオード光（励起光）ならびにこのレーザダイオー
ド光の励起により発振した固体レーザ光の２つの光源を
同時にパーティクルカウンタ光源として用いることを特
徴とする。

【００５７】次に、動作について説明する。

【００５８】励起光源であるレーザダイオード１から励
起光を出射し、集光レンズ２にて固体レーザ媒質２１端
面を励起し反射ミラー２２とともに光共振器を構成す
る。

【００５９】固体レーザ発振の効率化のためには固体レ
ーザ媒質２１にて焦点を結ばせた方が効率がよい。にも
かかわらず不純物微粒子通過位置にて焦点を結ばせた理
由はレーザダイオード光をパーティクルカウンタ光源と
して用いるためである。レーザダイオード光は固体レー
ザへのモードマッチングがなされていないため効率が悪
く数十％のレーザダイオード光が透過するため、固体レ
ーザ媒質２１が吸収しきれないこのレーザダイオード光
は、強度的に充分パーティクルカウンタとして活用可能
である。一方固体レーザ光については、図８の通り、対
向した反射コート４ａ及び４ａ´間で発振し固体レーザ
光焦点３３にて不純物微粒子を通過させることによりパ
ーティクルカウンタ光源として活用できる。図７のレー
ザダイオード焦点３１と図８の固体レーザ光焦点を一致
させると一つの不純物から異なる波長の散乱光が同時に
得られる。この混在した２つの波長の散乱光を、おのお
の固体レーザ光通過フィルタ３３ａ及びレーザダイオー
ド光通過フィルタ３３ｂによって弁別すれば２つの不純
物の情報を得ることができる。弁別された散乱光は光検
出器８ａ及び８ｂにて検出され、カウンタ部１０にて測
定される。

【００６０】この結果２つの散乱光のおのおのデータ処
理値の平均をとることにより、レーザ強度のばらつきに
よる測定誤差を抑えることができる。

【００６１】また、直線偏光に対し（ε−ε₀）²／
｛（ｒ²λ⁴）ε₀ ²｝、で与えられるため、ε：不純
物誘電率、ｒ：半径を変数とすれば連立方程式として不
純物の径ならびに材質を推定することができる。

【００６２】このように高感度のパーティクルカウンタ
を提供することができた。

【００６３】これら情報処理系としての測定回路は、固
体レーザを用いたパーティクルカウンタのみに適用され
るものではなく、一般のパーティクルカウンタに用いる
こともできる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
感度化、安定化ならびに高信頼化を達成できる微粒子測
定装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるパーティクルカウ
ンタのブロック図である。

【図２】図１の固体レーザ共振器部分のＡ−Ａラインに
沿った断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例によるパーティクルカウ
ンタのブロック図である。

【図４】本発明の第３の実施例によるパーティクルカウ
ンタのブロック図である。

【図５】図４のパーティクルカウンタの動作を説明する
ための図である。

【図６】本発明の第４の実施例によるパーティクルカウ
ンタのブロック図である。

【図７】図６のパーティクルカウンタの動作を説明する
ための図である。

【図８】図６のパーティクルカウンタの動作を説明する
ための図である。

【図９】従来のパーティクルカウンタのカウンタのブロ
ック図である。

【図１０】もう一つの従来のパーティクルカウンタのカ
ウンタのブロック図である。

【符号の説明】

１レーザダイオード２集光レンズ３固体レーザ媒質３´ 固体レーザ媒質４ａ反射コート４ａ´ 反射コート４ｂＡＲコート６光増幅器７集光レンズ８ａ光検出器８ｂ光検出器９ａロックインアンプ９ｂロックインアンプ１０カウンタ部１１発振器１２位相反転回路１３ノズル１３´ スペース１４試料１５チョッパー２１固体レーザ媒質２２反射ミラー２３散乱光３１レーザダイオード焦点３２固体レーザ光焦点３３ａ固体レーザ光透過フィルタ３３ｂレーザダイオード光透過フィルタ３４外囲器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤郁東京都国分寺市東元町三丁目20番41号リオン株式会社内 (72)発明者松田朋信東京都国分寺市東元町三丁目20番41号リオン株式会社内 (56)参考文献特開昭61−114145（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−153448（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06M 7/00 - 11/04 G01N 15/00 - 15/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体中に含まれる微粒子の数を測定する
ために使用され、互いに対向する一対の端面を有する固
体レーザ媒質と、前記一対の端面に面して位置され、前
記固体レーザ媒質と協働して固体レーザ共振器を構成す
る一対の光反射部材と、前記固体レーザ共振器内に前記
流体を導くガイド部材と、前記固体レーザ媒質を励起す
る励起光を発生し、前記固体レーザ共振器に固体レーザ
光を発振させる励起光源と、前記固体レーザ光が前記固
体レーザ共振器内における前記流体中の前記微粒子によ
って散乱されることによって生成された散乱光から前記
微粒子の数を測定する測定回路とを含む微粒子測定装置
において、前記固体レーザ媒質は、前記ガイド部材に連通しこのガ
イド部材から前記流体を供給される前記固体レーザ共振
器内のスペースの少なくとも一部分を定める部分を有
し、前記測定回路は、前記固体レーザ光が前記スペースにお
ける前記流体中の前記微粒子によって散乱されることに
よって生成された散乱光から前記微粒子の数を測定する
ものであることを特徴とする微粒子測定装置。
【請求項２】前記測定回路は、前記散乱光を検出し、
電気信号を出力する光検出器と、前記電気信号を増幅す
る増幅器と、この増幅器の出力を基に、前記微粒子の数
をカウントするカウンタ部とを有することを特徴とする
請求項１に記載の微粒子測定装置。
【請求項３】前記測定回路は、前記散乱光を検出し、
第１及び第２の電気信号を出力する第１及び第２の光検
出器と、前記第１及び前記第２の電気信号を増幅する第
１及び第２の増幅器と、前記第１及び前記第２の増幅器
の出力を基に、前記微粒子の数をカウントするカウンタ
部とを有し、前記第１及び前記第２の増幅器は交互に動
作状態（ＯＮ状態）となるものであることを特徴とする
請求項１に記載の微粒子測定装置。
【請求項４】前記測定回路は、２つの光検出器と、こ
れら２つの光検出器の出力電気信号を基に前記微粒子の
数をカウントするカウンタ部とを有し、前記固体レーザ
光と前記励起光との二波長について、微粒子により散乱
された散乱光を前記２つの光検出器に波長弁別して検知
させるべく、前記２つの光検出器の一方の受光面に前記
励起光の波長成分のみを透過するフィルタを配置し、前
記２つの光検出器の他方の受光面に前記固体レーザ光の
みを透過するもう一つのフィルタを配置し、２つの波長
による散乱光を独立かつ同時に検知することを特徴とす
る請求項１に記載の微粒子測定装置。
【請求項５】固体レーザ媒質が、希土類イオンを含有
した石英であることを特徴とする請求項１に記載の微粒
子測定装置。
【請求項６】固体レーザ媒質が、Ｎｄ：ＹＶＯ₄であ
ることを特徴とする請求項１に記載の微粒子測定装置。
【請求項７】流体中に含まれる微粒子の数を測定する
微粒子測定装置において、互いに対向する第１及び第２の端面を有する第１の固体
レーザ媒質と、互いに対向する第３及び第４の端面を有し、前記第１の
端面と前記第３の端面との間にスペースを置いた状態に
位置された第２の固体レーザ媒質と、前記第２及び前記第４の端面にそれぞれ形成され、前記
第１及び前記第２の固体レーザ媒質と協働して固体レー
ザ共振器を構成する第１及び第２の光反射部材と、前記スペースに前記流体を導くガイド部材と、前記第１及び前記第２の固体レーザ媒質を励起する励起
光を発生し、前記固体レーザ共振器に固体レーザ光を発
振させる励起光源と、前記固体レーザ光が前記スペースにおける前記流体中の
前記微粒子によって散乱されることによって生成された
散乱光から前記微粒子の数を測定する測定回路とを有す
ることを特徴とする微粒子測定装置。
【請求項８】前記励起光源は、前記固体レーザ共振器
が、前記第１の端面と前記第３の端面との間に、短軸及
びそれより長い長軸により決まる楕円形の横断面を持つ
固体レーザ光を発振するように、前記固体レーザ媒質を
励起する励起光を発生するものであり、前記ガイド部材は、前記固体レーザ光に前記流体を、前
記長軸に垂直でかつ前記短軸に平行な方向に導くもので
あることを特徴とする請求項７に記載の微粒子測定装
置。
【請求項９】流体中に含まれる微粒子の数を測定する
微粒子測定装置において、互いに対向する第１及び第２の端面を有する固体レーザ
媒質と、前記第２の端面に形成された第１の光反射部材と、前記第１の端面との間にスペースを置いた状態に位置さ
れ、前記固体レーザ媒質及び前記第１の光反射部材と協
働して固体レーザ共振器を構成する第２の光反射部材
と、前記スペースに前記流体を導くガイド部材と、前記固体レーザ媒質を励起する励起光を発生し、前記固
体レーザ共振器に固体レーザ光を発振させる励起光源
と、前記固体レーザ光が前記スペースにおける前記流体中の
前記微粒子によって散乱されることによって生成された
散乱光から前記微粒子の数を測定する測定回路とを有す
ることを特徴とする微粒子測定装置。
【請求項１０】前記励起光源は、前記固体レーザ共振
器が、前記第１の端面と前記第２の光反射部材との間
に、短軸及びそれより長い長軸により決まる楕円形の横
断面を持つ固体レーザ光を発振するように、前記固体レ
ーザ媒質を励起する励起光を発生するものであり、前記ガイド部材は、前記固体レーザ光に前記流体を、前
記長軸に垂直でかつ前記短軸に平行な方向に導くもので
あることを特徴とする請求項９に記載の微粒子測定装
置。